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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen eines Bedienungszustands eines Lenkrads in einem Lenksystem, wobei ein erster Bedienungszustand beschreibt, dass ein Fahrer das Lenkrad bedient und ein zweiter Bedienungszustand beschreibt, dass der Fahrer das Lenkrad nicht bedient.
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Bei mechatronischen Lenksystemen, insbesondere bei elektrisch unterstützten Lenksystemen (EPS), wird das von dem Fahrer zur Querführung des Fahrzeugs aufgebrachte sogenannte Fahrermoment situationsabhängig mittels eines sogenannten Unterstützungsmoments in einer Vielzahl von Betriebsbereichen beeinflusst. Beispielsweise wird der Fahrer bei der Spurführung unterstützt, indem dem Fahrer eine haptische Rückmeldung über einen mittels einer Kamera oder einer anderen Sensorik erkannten Spurverlauf zur Verfügung gestellt wird. Diese Rückmeldung wird durch ein zusätzliches Sollhandmoment realisiert, das dem Fahrer über das Lenkrad die entsprechende haptisch wahrnehmbare Information übermittelt. Bei dem oben genannten Beispiel einer haptischen Spurführungsassistenz wird folglich eine erhöhte Fahrsicherheit insbesondere auf Autobahnen und Schnellstraßen erreicht.
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Fahrerassistenzsysteme sind regelmäßig, so ausgelegt, dass der Fahrer in den Regelkreis einbezogen ist. Dies bedeutet, dass der Fahrer stets die Hände am Lenkrad halten muss, um auf die haptische Information reagieren zu können. Das Niveau des Unterstützungsmoments ist derart begrenzt, dass ein Überstimmen des resultierenden Moments durch den Fahrer jederzeit möglich ist, indem der Fahrer ein Gegenmoment an dem Lenkrad erzeugt.
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Auch aus rechtlichen Gründen darf eine vollautomatische Spurführung durch das Fahrerassistenzsystem nicht erfolgen, da der Fahrer stets die volle Kontrolle über das Fahrzeug haben muss.
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Bei Fahrerassistenzsystemen ist es deshalb notwendig, das Assistenzsystem abzuschalten, wenn der Fahrer die Hände von dem Lenkrad nimmt. Ergänzend werden häufig Warnungen ausgegeben, um den Fahrer darauf hinzuweisen, dass das Fahrerassistenzsystem abgeschaltet ist und dass die Hände wieder an das Lenkrad gelegt werden sollen.
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Bei bisher bekannten Systemen wird häufig fehlerhaft eine Warnmeldung ausgegeben und/oder das Fahrerassistenzsystem abgeschaltet. Dies ist besonders häufig dann der Fall, wenn der Fahrer das Lenkrad nur relativ leicht berührt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein System bzw. eine Vorrichtung zum Erkennen des Bedienzustands des Lenkrads zur Verfügung zu stellen, das gegenüber den bekannten Systemen bzw. Verfahren zuverlässiger arbeitet und insbesondere das irrtümliche Ausgeben von Warnmeldungen und/oder das irrtümliche Abschalten eines Fahrerassistenzsystems vermeidet oder zumindest reduziert.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, dass von dem ersten Bedienzustand in den zweiten Bedienzustand gewechselt wird, falls die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
Innerhalb einer vorgebbaren Zeitdauer bleibt der Wert eines Eingangssignals unterhalb eines vorgebbaren Signalwertes;
ein Zeitzähler bleibt unterhalb eines vorgebbaren Zeitwertes, wobei der Zeitzähler aktiviert wird, falls das Eingangssignal oder ein Gradient des Eingangssignals einen vorgebbaren ersten Schwellwert unterschreitet; und
ein Integral überschreitet nicht einen vorgebbaren Integralwert, wobei das Integral dadurch gebildet wird, dass der Gradient zu dem Integral aufintegriert wird, falls der Gradient des Eingangssignals den vorgebbaren ersten Schwellwert unterschreitet.
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Erfindungsgemäß wird folglich ein Eingangssignal erfasst und ein Gradient des Eingangssignals gebildet. Das Eingangssignal kann beispielsweise einem Lenkradwinkel, einer Lenkradwinkelgeschwindigkeit, einem EPS-Motorwinkel, einer EPS-Motorwinkelgeschwindigkeit, einem Fahrerhandmoment oder einem Drehstabmoment entsprechen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Eingangssignal gefiltert, wobei der Filter beispielsweise ein PTI-Verhalten aufweisen kann. Es wird dann geprüft, ob das gefilterte Eingangsignal über eine vorgebbare Zeitdauer unterhalb eines vorgebbaren Zeitwertes bleibt. Ist dies der Fall, so wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine Kennung gesetzt, die diesen Zustand anzeigt. Außerdem wird aus dem gefilterten Eingangssignal mittels eines Differenzierungsalgorithmus, beispielsweise unter Verwendung eines sogenannten „Variable Least Squares”-Verfahrens, der Gradient des Eingangssignals berechnet. Eine weitere Auswertung des Gradienten kann vorzugsweise mittels eines Zustandsautomaten erfolgen.
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Unterschreitet der Betrag des Gradienten einen vorgebbaren ersten Gradientenwert und ist gleichzeitig die Kennung gesetzt, wird der Zeitzähler gestartet. Außerdem wird dann das Signal des Gradienten aufintegriert.
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Überschreitet der Gradient während dieses Zustandes einen vorgebbaren dritten Gradientenwert oder überschreitet das Eingangssignal den Signalwert, was beispielsweise einem erhöhten Drehstabmoment entspricht und vorzugsweise durch den Zustand der Kennung angezeigt wird, so wechselt der Zustandsautomat in den Anfangszustand. Erreicht der zeitliche Zähler einen vorgebbaren Zeitwert während der Gradient weiterhin kleiner ist als der erste Schwellwert und während die Kennung weiterhin gesetzt ist und damit beispielsweise weiterhin ein niedriges Eingangssignal anzeigt, so wird das bis dahin gebildete Integral mit einem vorgebbaren Integralwert verglichen. Überschreitet das Integral den Integralwert, so werden der zeitliche Zähler und das Integral auf den Wert 0 zurückgesetzt und neu gestartet. Falls das Integral den vorgegebenen Integralwert nicht überschreitet, wird in den zweiten Bedienzustand gewechselt, wobei der zweite Bedienzustand anzeigt, dass der Fahrer die Hände nicht am Lenkrad hat.
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Das Integral gibt also Aufschluss über die Aktiwität am Lenkrad während der Überprüfungsphase. Je größer das Integral ist, desto höher ist die Aktivität und desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass der Fahrer die Hände vom Lenkrad genommen hat, bzw. desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass der Fahrer die Hände am Lenkrad hat.
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Wurde der zweite Bedienzustand erkannt, so wechselt der Zustandsautomat erst dann wieder in den ersten Bedienzustand, wenn die Kennung wieder zurückgesetzt wird, also beispielsweise wieder ein erhöhtes Drehstabmoment anliegt, oder der Betrag des Gradienten einen vorgebbaren zweiten Schwellwert überschreitet. Der zweite Schwellwert ist größer als der erste Schwellwert und als der dritte Schwellwert. Mit dem Wechsel in den ersten Bedienzustand wird der Zähler zurückgesetzt und deaktiviert. Außerdem wird das Aufintegrieren beendet und das integral zurückgesetzt.
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Erfindungsgemäß wird also das Eingangssignal ausgewertet und auf den Bedienzustand des Lenkrads geschlossen bzw. es wird erkannt, ob der Fahrer die Hände am Lenkrad hat, was im Folgenden als Bedienzustand ”hands_on” bezeichnet wird, oder ob der Fahrer die Hände von dem Lenkrad genommen hat, im Folgenden als Bedienzustand ”hands_off” bezeichnet. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass die beispielsweise in einer EPS-Lenkung bereits vorhandene Sensorik bzw. die hiervon zur Verfügung gestellten Eingangsgrößen genügen, um mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens den Bedienzustand des Lenkrads zu erkennen.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Merkmalen bzw. Ausführungsformen, die in den Unteransprüchen genannt sind. Gemäß solcherart vorteilhafter Ausführungsformen können die Eingangsgrößen, die für ein Erkennen des Bedienzustands des Lenkrads herangezogen werden, u. a. einen Lenkradwinkel, eine Lenkradwinkelgeschwindigkeit, einen EPS-Motorwinkel, eine EPS-Motorwinkelgeschwindigkeit und/oder ein Drehstabmoment sein.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird die oben beschriebene Vorgehensweise auf eine Mehrzahl von Eingangssignalen, also beispielsweise ein Drehstabmoment und eine Lenkradwinkelgeschwindigkeit, angewendet, so dass sich für jedes der Eingangssignale ein gesonderter Signalpfad ergibt. Werden mehrere Eingangsignale verwendet, so kann vorgesehen sein, dass auf den jeweiligen Bedienzustand stets dann geschlossen wird, wenn dieser Bedienzustand von mindesten einem der Signalpfade angezeigt wird. Insbesondere kann aber auch vorgesehen sein, dass nur dann auf einen bestimmten Bedienzustand geschlossen wird, wenn gemäß beider oder aller Signalpfade jeweils ein Wechsel des Bedienzustands vorliegt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden eine oder mehrere der vorgebbaren Größen und Schwellwerte in Abhängigkeit von einer oder mehreren Fahrzustandsgrößen wie beispielsweise der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Querbeschleunigung, dem Lenkradwinkel oder einem aufgeschalteten Zusatzmoment bestimmt. Damit kann ein nochmals zuverlässigeres Erkennen des Bedienzustands erreicht werden. Insbesondere durch Verwendung des Lenkradwinkels können Fehl-Erkennungen bei momentenfreier Geradeausfahrt reduziert werden.
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Eine weitere Verbesserung des Verfahrens kann dadurch erreicht werden, dass für die Bestimmung eines Zustandswechsels ein aktueller Fahrerzustand berücksichtigt wird, wobei der Fahrerzustand in Abhängigkeit von einem aktuellen Aufmerksamkeitswert des Fahrers und/oder einer durch den Fahrer veranlassten Aktion bestimmt wird. Der Fahrerzustand bzw. der Aufmerksamkeitswert kann beispielsweise in bekannter Weise mittels einer Kamera erkannt werden. Zeigt der Fahrzustand an, dass der Fahrer aufmerksam ist, so kann diese Information für eine Plausibilisierung des Bedienzustandes oder eines vorgesehenen Zustandswechsels herangezogen werden. Ferner kann bei Erkennen einer Aktivität des Fahrers vorgesehen sein, einzelne oder mehrere der vorgebbaren Größen dahingehend zu ändern, dass die Erkennung eines Zustandswechsels von dem ersten Bedienzustand hands_on zu dem zweiten Bedienzustand hands_off weniger empfindlich reagiert. Das Erkennen eines Fahrerzustands kann insbesondere auch durch Überwachen möglicher Bedieneingaben durch den Fahrer erfolgen. Beispielsweise kann überwacht werden, ob der Fahrer das Gaspedal und/oder die Bremse aktiviert, ob der Fahrer die Fahrzeugscheinwerfer einschaltet, einen Fahrtrichtungszeiger aktiviert oder eine sonstige Bedienung des Fahrzeugs ausführt, die auf ein konzentriertes und Fahren und damit auf einen aufmerksamen Fahrerzustand hindeutet. Liegen keine derartigen Bedieneingaben vor, so können einzelne oder mehrere der vorgebbaren Größen dahingehend geändert werden, dass das Verfahren bezüglich des Wechsels in den zweiten Bedienzustand empfindlicher reagiert. Je nach der Art der Bedieneingabe durch den Fahrer kann aber gerade auch bei Vorliegen einer Bedieneingabe vorgesehen sein, das Verfahren bezüglich des Erkennens des zweiten Bedienzustands empfindlicher zu machen. Derartige Bedieneingaben können beispielsweise das Bedienen eines Mobiltelefons oder eines Navigationssystems im Fahrzeug sein. Wird erkannt, dass der Fahrer derartige Einrichtungen, welche typischerweise ein Ablenken des Fahrers von der sicheren Bedienung des Fahrzeugs bedingen, bedient, so werden vorteilhafterweise einzelne der vorgebbaren Größen des erfindungesgemäßen Verfahrens dahingehend verändert, dass ein Wechsel in den zweiten Bedienzustand schneller bzw. früher detektiert wird.
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Es ist außerdem von Vorteil, wenn ein Konfidenzmaß bestimmt wird, welches stets genaue Informationen zu dem aktuellen Zustand des Verfahrens bzw. des Systems angibt. Hierzu wird zunächst ein erster Quotient gebildet durch Division des aktuellen Standes des Zeitzählers durch den vorgebbaren Zählerwert. Der Stand des Zeitzählers wird hierbei auf den vorgebbaren Zählerwert saturiert, so dass der erste Quotient stets zwischen den Werten 0 und 1 liegt. Ist vorgesehen, dass das Verfahren mehrere Eingangssignale auswertet, so erfolgt die Berechnung des ersten Quotienten gesondert für den jeweiligen Signalpfad. Anschließend kann dann aus den so für jeden Signalpfad gebildeten Quotienten das Maximum bestimmt und dieses Maximum als erster Quotient bei der Bestimmung des Konfidenzmaßes herangezogen werden.
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Außerdem wird ein zweiter Quotient gebildet durch Division des aktuellen Wertes des Integrals durch den vorgebbaren Integralwert. Der zweite Quotient gibt damit das Maß für die Aktivität an dem Lenkrad während der Integration an. Je größer dieser Quotient ist, desto größer ist die Aktivität am Lenkrad und desto unwahrscheinlicher ist es, dass der zweite Bedienzustand vorliegt. Auch der zweite Quotient wird saturiert, so dass er stets zwischen 0 und 1 liegt.
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Das Konfidenzmaß kann nun dadurch gebildet werden, dass der zweite Quotient von dem ersten Quotienten subtrahiert wird. Es kann aber auch vorgesehen sein, das Ergebnis der Subtraktion noch weiteren Rechenschritten zu unterwerfen, so dass beispielsweise eine Ausgabe der Konfidenz in Prozent möglich ist.
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Als Eingangssignal für das Verfahren kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ein Fahrerhandmoment herangezogen werden. Dadurch kann eine nochmalige Verbesserung des Erkennens des Bedienzustands erreicht werden, insbesondere dann, wenn ein hoch aufgelöstes Signal zur Verfügung steht. Das Fahrerhandmoment kann beispielsweise modellbasiert unter Berücksichtigung einer Reibung in der Lenksäule und/oder einer Trägheit des Lenkrads bestimmt werden. Gemäß einer anderen möglichen Ausführungsform wird das Handmoment unter Berücksichtigung eines aktuell aufgeschalteten Zusatzmoments bestimmt. Das Fahrerhandmoment kann aber auch in anderer bekannter Weise bestimmt werden.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, durch eine Vorrichtung zum Erkennen des Bedienzustands eines Lenkrads, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergerichtet ist. Insbesondere weist diese Vorrichtung ein Steuergerät zum Steuern und/oder Regeln eines Lenksystems auf, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens programmiert ist. Ferner sind dem Lenksystem Sensoren zugeordnet, die ein Erfassen von für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendigen Eingangsgrößen ermöglichen.
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Anhand der folgenden Zeichnungen wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug;
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2 ein Blockdiagramm, das einen möglichen Signalpfad graphisch darstellt;
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3 ein Ablaufdiagramm, in dem Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt sind; und
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4 ein Diagramm, in dem ein fiktiver Verlauf eines Eingangssignals sowie dessen Auswirkung auf den Zustand einer Kennung gezeigt sind.
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In 1 ist ein Lenksystem 1 dargestellt, das eine Lenkvorrichtung 2 und ein Steuergerät 3 umfasst. In dem Steuergerät 3 ist ein Mikroprozessor 4 angeordnet, der über eine Datenleitung, beispielsweise ein Bussystem, mit einem Speicherelement 5 verbunden ist. In dem Speicherelement 5 sind Speicherbereiche 5a ausgebildet, in denen abgearbeitete Computerprogramme und/oder Daten abgelegt sind. Die Daten können sowohl vorgebbare Größen als auch während der Durchführung des Verfahrens ermittelte oder während der Applikation des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgegebene Daten sein.
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Über eine Signalleitung 6 ist das Steuergerät 3 mit einem Momentensteller, beispielsweise einem als Elektromotor 7 ausgebildeten EPS-Motor, verbunden, so dass eine Steuerung des Elektromotors 7 durch das Steuergerät 3 ermöglicht wird. Der Elektromotor 7 wirkt über ein Getriebe 8 auf einen Drehstab 9. An dem Drehstab 9 ist ein Lenkrad 10 angeordnet. Gemäß einer anderen möglichen Ausführungsform ist der EPS-Motor parallel zur Zahnstange angeordnet, wobei das Motormoment über einen Riemen und ein Kugelumlaufgetriebe übertragen wird. Bei einer nochmals anderen möglichen Ausführungsform wirkt der EPS-Motor über ein weiteres Ritzel auf die Zahnstange.
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Die Lenkvorrichtung 2 weist ferner ein Lenkgetriebe 11 auf, das gemäß der in 1 beispielhaft dargestellten Ausführungsform als Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildet ist. Das Lenkgetriebe 11 ist über ein Ritzel 12a und eine Zahnstange 12b auf jeder Fahrzeugseite mit einem Lenkgestänge 13, das jeweils mit einem Rad 14 zusammenwirkt, verbunden.
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Das Lenksystem 1 weist ferner einen Drehmomentsensor 16 auf, mittels dessen ein aktuelles Drehmoment TTB erfassbar ist. Der Drehmomentsensor 16 ist an dem Drehstab 9 angeordnet. Das aktuelle Drehmoment TTB wird beispielsweise durch Messung der aktuellen Verdrehung, des Drehstabs 9 – vorzugsweise unter Berücksichtigung einer Verdrehsteifigkeit des Drehstabs 9 – bestimmt. Der Drehmomentsensor 16 ist über eine Datenleitung mit dem Steuergerät 3 verbunden. Selbstverständlich kann das Lenksystem eine Reihe weiterer, an sich bekannter Komponenten wie Sensoren, Aktuatoren und Signalleitungen aufweisen um beispielsweise weitere Größen zu erfassen oder eine Aktivlenkung zu realisieren.
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Das in 1 dargestellte Lenksystem 1 ist unabhängig von dem Vorliegen weiterer Komponenten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.
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In 2 ist in einem Blockdiagramm eine mögliche Anordnung dargestellt, mittels der das erfindungsgemäße Verfahren realisierbar ist.
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In dem Blockdiagramm ist ein Funktionsblock 20 dargestellt, dem das Eingangssignal S zugeführt wird. Das Eingangssignal S ist beispielsweise das mittels des Drehmomentsensors 16 ermittelte Drehstabmoment. Der Funktionsblock 20 ist als PT1-Filter realisiert, der gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Tiefpassfilterung des Eingangssignals S durchführt. Selbstverständlich ist auch eine andere Struktur des Filters 20 vorstellbar. Je nach der Qualität des Eingangssignals S kann möglicherweise auch auf den Filter 20 verzichtet werden.
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In einem Funktionsblock 21 wird geprüft, ob der Betrag des Eingangssignals S über eine vorgebbare Zeitdauer unterhalb eines vorgebbaren Signalwertes S1 bleibt. Ist dies der Fall, so wird eine Kennung F erzeugt bzw. gesetzt. Die Kennung F kann beispielsweise als sogenanntes Flag realisiert sein.
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Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird in einem Funktionsblock 22 aus dem Eingangssignal S bzw. dem gefilterten Eingangssignal S der Gradient bestimmt. Dies kann mittels eines geeigneten Differenzierungsalgorithmus, beispielsweise einem „Variable Least Squares”-Verfahren durchgeführt werden. Der so erzeugte Gradient G und die Kennung F werden einem Zustandsautomaten 23 zur Verfügung gestellt. Weitere Eingangsgrößen des Zustandsautomaten 23 sind ein Zeitwert Z1, ein erster Schwellwert für den Gradienten G1, ein zweiter Gradientenschwellwert G2, ein dritter Gradientenschwellwert G3 und ein Integralwert I1. Hieraus erzeugt der Zustandsautomat 23 in Abhängigkeit von vorgebbaren Regeln ein Signal B, welches den Bedienzustand kennzeichnet. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Zustandsautomat 23 einen aktuellen Wert des Zählers Z und einen aktuellen Wert des Integrals I zur Verfügung stellt.
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Eine mögliche Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens und damit auch eine mögliche Funktionsweise des in 2 gezeigten Zustandsautomaten ist in dem Ablaufdiagramm in 3 gezeigt. Gemäß dem dort gezeigten Ausführungsbeispiel beginnt das Verfahren in einem Schritt 100. In diesem Schritt befindet sich der Zustandsautomat 23 in einem Zustand, in welchem der erste Bedienzustand „hand_on” vorliegt. In diesem Zustand ist der Zeitzähler Z deaktiviert und die Bildung des Integrals I ist ebenfalls deaktiviert. Der Wert des Zeitzählers Z und der Wert des Integrals I sind auf den Wert 0 initialisiert.
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In einem Schritt 101 wird geprüft, ob das Eingangssignal S für eine Zeitspanne D unterhalb eines vorgebbaren Signalwerts S1 liegt. Ist dies der Fall, so wird zu einem Schritt 102 verzweigt, in welchem die Kennung F gesetzt wird. Die Kennung F zeigt damit an, dass für die Zeitspanne D ein Eingangssignal anlag, welches stets unter dem Signalwert S1 lag. Dies kann als erstes Indiz dafür verwendet werden, dass möglicherweise der Fahrer die Hände vom Lenkrad genommen hat. Eine endgültige Entscheidung auf eine Änderung des Bedienzustands hin zu dem zweiten Bedienzustand „hands_off” wird jedoch erst nach weiteren Prüfungen durchgeführt.
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Hierzu wird zunächst in einem Schritt 103 geprüft, ob der Gradient G kleiner als ein erster Schwellwert G1 ist. Dies bedeutet, dass die Änderung des Eingangssignals geringer ist als der erste Schwellwert G1. Vorzugsweise wird unter dem Gradienten G stets der Betrag dieses Gradienten verstanden.
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Ist der Gradient G nicht kleiner als der erste Schwellwert G1, so wird zu dem Schritt 101 zurückverzweigt. Andernfalls wird in einem Schritt 104 der Zeitzähler Z aktiviert und es wird die Bildung des Integrals I über den Gradienten gestartet.
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In einem Schritt 105 wird dann geprüft, ob seit dem Starten des Zeitzählers Z eine Zeitspanne Z1 vergangen ist. Hierzu kann der Zeitzähler mit der Größe Z1 verglichen werden. Ist der Wert des Zeitzählers größer als der vorgebbare Zeitwert Z1, so wird in einem Schritt 106 geprüft, ob der aktuelle Wert des Integrals kleiner ist als ein vorgebbarer Integralwert. I1. Ist dies der Fall, so wird in einem Schritt 108 der zweite Bedienzustand „hands_off” detektiert. Andernfalls werden in einem Schritt 107 das Integral I und der Zeitzähler Z zurückgesetzt und es wird erneut zu dem Schritt 105 verzweigt. In den Schritten 105 und 106 wird folglich geprüft, ob das Integral des Eingangssignals, welches innerhalb der durch den Zeitwert Z1 bestimmten Zeitspanne gebildet worden ist, den vorgebbaren Integralwert I1 unterscheitet. Dies ist ein Hinweis darauf, dass die in diesem Zeitraum erfolgte Veränderung des Eingangssignals S derart gering ist, dass der Fahrer mit hoher Wahrscheinlichkeit seine Hände nicht am Lenkrad hat.
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Hat in dem Schritt 105 der Wert des Zeitzählers Z den Wert Z1 noch nicht überschritten oder ergibt sich in dem Schritt 106, dass das Integral größer als der vorgebbare Integralwert I1 ist, so wird in einem Schritt 109 geprüft, ob der Gradient den dritten Schwellwert G3 überschritten hat. Der dritte Schwellwert G3 ist größer als der erste Schwellwert G1. Ist dies der Fall, so wird zu dem Anfangszustand bzw. dem Schritt 100 zurückverzweigt, da davon ausgegangen wird, dass nun eine derart große Änderung des Eingangssignals erfolgt ist, dass nun nicht mehr auf das Vorliegen des zweiten Bedienzustands „hands_off” geschlossen werden kann.
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Hat der Gradient G bzw. der Betrag des Gradienten G jedoch den dritten Schwellwert G3 nicht überschritten, so wird in einem Schritt 110 geprüft, ob das Eingangssignal zwischenzeitlich den Signalwert S1 überschritten hat. Ist dies der Fall, so wird ebenfalls zu dem Schritt 100 zurückverzweigt. Nur wenn weder der Gradient den Schwellwert G3 überschritten hat, noch das Eingangssignal den Signalwert S1 überschritten hat, wird erneut zu dem Schritt 105 verzweigt und es wird geprüft, ob nun der Zeitzähler Z den Zählerwert Z1 überschritten hat.
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Es wird nun davon ausgegangen, dass der Schritt 108 erreicht worden ist und folglich der zweite Bedienzustand „hands_off” detektiert wird. Es wird dann in einem Schritt 111 geprüft, ob nun der Gradient G den zweiten Schwellwert G2 überschritten hat. Der zweite Schwellwert G2 ist größer als der erste Schwellwert G1 und größer als der dritte Schwellwert G3. Durch diese Anordnung der Schwellwerte G1, G3, G2 wird beim Wechseln der Bedienzustände eine Art Hysterese gebildet, die ein zu schnelles Hin- und Herschalten zwischen den Bedienzuständen vermeidet.
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Hat der Gradient G bzw. der Betrag des Gradienten G den zweiten Schwellwert G2 nicht überschritten, so wird in einem Schritt 112 geprüft, ob das Eingangssignal S den Signalwert S1 überschritten hat. Ist dies nicht der Fall, so liegt weiterhin der zweite Bedienzustand „hands_off” an und es wird folglich zu dem Schritt 111 zurückverzweigt. Hat jedoch der Gradient den zweiten Schwellwert G2 überschritten oder hat das Eingangssignal S den Signalwert S1 überschritten, so wird darauf geschlossen, dass nun wieder der erste Bedienzustand „hands_on” vorliegt und es wird deshalb wieder zu dem Anfangszustand bzw. zu dem Schritt 100 zurückverzweigt.
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In dem Schritt 100 werden stets der Zeitzähler Z und das Integral I zurückgesetzt und der Zeitzähler Z und das Aufintegrieren werden deaktiviert.
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In 4 ist ein möglicher Verlauf des Eingangssignals S dargestellt. Das Eingangssignal S unterschreitet zu einem Zeitpunkt T1 erstmalig den Signalwert S1. Für die Dauer D bleibt der Wert des Eingangssignals S unterhalb des Signalwerts S1. Deshalb wird nach Ablauf der Zeitdauer D zum Zeitpunkt T2 die Kennung F auf den Wert 1 gesetzt. Das Verwenden der Kennung F ermöglicht eine besonders einfache Abfrage dieses Zusammenhangs. Deshalb könnte in den Schritten 110 und 112 lediglich geprüft werden, ob die Kennung F noch gesetzt ist.
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In einem in 4 dargestellten Zeitpunkt T3 überschreitet das Eingangssignal S den Signalwert S1 wieder. Demzufolge wird die Kennung F wieder auf den Wert 0 gesetzt. In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Kennung F deshalb jedenfalls immer dann auf den Wert 0 gesetzt, wenn der Schritt 100 erreicht wird.
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Das in 3 gezeigte Ablaufdiagramm impliziert also eine Auswertung des Gradienten durch den Zustandsautomaten 23 beispielsweise wie folgt:
- – Unterschreitet der Betrag des Gradienten G den vorgebbaren Schwellwert G1 und ist gleichzeitig die Kennung F gesetzt, so wird der Zeitzähler Z in Gang gesetzt und es wird das Signal des Gradienten G aufintegriert.
- – Überschreitet der Gradient G während dieses Zustands den vorgebbaren Schwellwert G3 oder wird über die Kennung F ein erhöhtes Eingangssignal S, also beispielsweise ein erhöhtes Drehstabmoment erkannt, so wechselt der Zustandsautomat 23 wieder in den Anfangszustand.
- – Erreicht der Zeitzähler Z den vorgebbaren Zeitwert Z1 während der Gradient G weiterhin kleiner ist als der erste Schwellwert G1 und zeigt die Kennung F weiterhin ein niedriges Eingangssignal S an, so wird überprüft, ob das Integral I des Gradienten G größer oder kleiner ist als der vorgebbare Integralwert I1. Ist das Integral größer als der Integralwert I1, so werden der Zeitzähler Z und das Integral I zurückgesetzt und neu gestartet. Ist das Integral jedoch kleiner als der Integralwert I1, so wird in den zweiten Bedienzustand „hands_off” gewechselt.
- – Der zweite Bedienzustand „hands_off” wird so lange ausgegeben, bis entweder über die Kennung F ein erhöhter Wert des Eingangssignals S detektiert wird oder bis der Betrag des Gradienten G den vorgebbaren Schwellwert G2 übersteigt. In diesen Fällen wird wieder in den Anfangszustand gewechselt und der Bedienzustand „hands_on” wird ausgegeben.
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Selbstverständlich sind eine Vielzahl weiterer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und insbesondere eine Vielzahl weiterer Implementierungsmöglichkeiten vorstellbar. Insbesondere kann vorgesehen sein, bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel weitere Schritte vorzusehen, und die eingangs bereits beschriebenen und in den Patentansprüchen angegebenen weiteren vorteilhaften Ausführungsformen zu realisieren. Beispielsweise kann vorgesehen sein, einzelne oder mehrere der vorgebbaren Größen bzw. Schwellwerte wie eingangs beschrieben in Abhängigkeit von einem aktuellen Fahrzustand oder einem aktuellen Fahrerzustand zu verändern bzw. derartige Größen für eine Plausibilisierung des Bedienzustands oder eines Wechsels des Bedienzustands heranzuziehen.
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Außerdem kann vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße Verfahren auf eine Mehrzahl von Eingangssignalen angewendet wird. Derartige Eingangssignale können beispielsweise das Drehstabmoment und die Lenkradwinkelgeschwindigkeit sein. Werden mehrere Eingangssignale verwendet, so kann das Verfahren den jeweils detektierten Bedienzustand ausgeben, wenn nur einer der Signalpfade einen Zustandswechsel detektiert. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass die beiden Signalpfade dazu verwendet werden, einen Zustandswechsel zu plausibilisieren. In diesem Fall würde nur dann ein Zustandswechsel angezeigt werden, wenn gemäß beider Signalpfade der Zustandswechsel detektiert wird.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind eine oder mehrere der vorgebbaren Größen des Verfahrens abhängig von einer oder mehreren weiteren Eingangsgrößen wie z. B. der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Querbeschleunigung, dem Lenkradwinkel oder einem aufgeschalteten Zusatzmoment. Hierdurch kann eine nochmals genauere und der aktuellen Fahrsituation angepasste Erkennung des Bedienzustands erreicht werden.
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Um stets den aktuellen Zustand des durch das erfindungsgemäße Verfahren realisierbaren Systems zu erkennen, kann außerdem vorgesehen sein, wie eingangs beschrieben, ein Konfidenzmaß zu bilden. Hierzu können beispielsweise der durch den Zustandsautomaten 23 bereitgestellte aktuelle Wert des Zeitzählers T und der aktuelle Wert des Integrals I herangezogen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zur Erkennung des zweiten Bedienzustandes „hands_off” vorgesehen sein, ein Zusatzmoment auf das Lenkrad aufzuschalten. Dieses Zusatzmoment kann gezielt für diese Situation generiert werden oder es kann ein Zusatzmoment verwendet werden, welches durch eine Fahrerassistenzfunktion, also z. B. einen Spurführungsassistenten, generiert wird. Vorzugsweise wird dieses Zusatzmoment dann aufgeschaltet, wenn noch nicht sicher gesagt werden kann, ob nun der zweite Bedienzustand „hands_off” vorliegt. Das Zusatzmoment kann also beispielsweise dann aufgeschaltet werden, wenn über eine bestimmte Zeitdauer ein niedriges Eingangssignal vorliegt. Erfolgt nach dem Aufschalten des Zusatzmoments nun eine Reaktion des Lenkrads und entspricht diese Reaktion einem bekannten Modell oder entspricht diese Reaktion bestimmten Parametern, welche den zweiten Bedienzustand „hands_off” repräsentieren, so kann nun in diesen zweiten Bedienzustand gewechselt werden. Liegt hingegen eine Abweichung zu dem vorgesehenen Verhalten vor, so kann von einer Störung durch den Fahrer ausgegangen werden und es erfolgt kein Zustandswechsel, da der Fahrer also die Hände weiterhin am Lenkrad hat.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann die Reaktion des Fahrzeugs, z. B. durch eine Messung der Gierrate, mit einem bekannten Verhalten verglichen werden. Es kann dann auf den aktuellen Bedienzustand geschlossen werden. Ein Vergleich des modellbasierten Wertes mit dem realen Wert kann beispielsweise über ein zeitliches Kriterium und/oder einen Integrator erfolgen. Dies kann analog zur oben beschriebenen Integration des Gradienten durchgeführt werden.
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Ferner ist es vorstellbar, dass nach Aufschalten des Zusatzmoments ein Zustandswechsel dann angezeigt wird, wenn die Differenz zwischen dem tatsächlich erfassten Wert und dem erwarteten modellbasierten Wert einen Schwellwert übersteigt bzw. diesen Schwellwert für eine bestimmte Zeitdauer übersteigt. Ein Wechsel des Bedienzustands von dem zweiten Bedienzustand „hands_off” zu dem ersten Bedienzustand „hands_on” kann dann über eine Hysterese erfolgen, so dass ein sogenanntes Toggeln vermieden wird.
